2. Material Utilizado
2.3 Adições e alterações da máquina de ensaios de impacto
2.3.1 Sistema de paragem automática do guincho
Após mais de quinhentos ensaios realizados, tanto nesta dissertação como em trabalhos anteriores [7], [8], em diversos pisos utilizados para a prática de ginástica artística, julgou-se importante incluir na MEI um sistema cujo objetivo é a paragem do impactor à altura pretendida para o ensaio, isto de forma automática.
A principal razão para esta adição foi reduzir o tempo de preparação de cada ensaio, visto que a elevação do impactor é feita por um guincho com motor controlado pelo operador através de uma botoneira pendente do equipamento. Naturalmente, a precisão de paragem na altura de queda pretendida era dependente do cuidado do operador, facto que poderia conduzir a erros. Na operação, o técnico tinha de, por tentativas, subir e descer o impactor até que este estivesse na posição pretendida. Era uma operação bastante morosa e repetitiva, naturalmente indutora de possíveis erros.
O sistema de paragem automática do guincho é constituído por uma estrutura mecânica de suporte para o sensor, um sistema elétrico de alimentação do sensor e corte da alimentação do guincho, e uma peça acoplada ao sistema do impactor que define a posição deste. Estes sistemas serão seguidamente detalhados.
Em termos de estrutura mecânica (Figura 2.26), esta é constituída por quatro perfis Bosch Rexroth 30 X 30 [17] em alumínio, acoplados entre si por parafusos M6. Foram escolhidos estes
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perfis pois são de fácil ajustabilidade, o que permite que a estrutura seja afinável quer em altura quer em largura.
O perfil que se encontra na posição vertical (Figura 2.26 (A)), tem um comprimento de 800 mm e está solidário com a viga de suporte do impactor.
Por sua vez, o perfil horizontal (Figura 2.26 (B)), tem comprimento de 400 mm e está acoplado ao perfil vertical através de parafusos M6, sendo que a sua posição em altura é ajustável ao longo dos 800 mm. Este é o perfil cuja posição deve ser ajustada de forma a garantir uma determinada altura de queda do impacto.
Ao perfil horizontal, estão ligados dois perfis (Figura 2.26 (C)) com 90 mm de comprimento, numa posição perpendicular a este. A distância entre os perfis, que estão colocados de maneira paralela entre eles, é ajustável ao longo do perfil horizontal. A principal função destes dois perfis é o suporte das peças que contêm o emissor e o recetor do sensor.
As peças de suporte do sensor (Figura 2.26 (D e E)) foram maquinadas no DEM, e os seus desenhos de definição encontram-se no anexo A. Estas peças estão seguras nos dois perfis paralelos com parafusos M6 e a sua posição é ajustável ao longo dos perfis, garantindo deste modo uma fácil centragem entre o emissor e o recetor. Na parte superior às peças de aço existe uma chapa que é apertada pelos parafusos M6 já referidos, e tem como função o aperto dos cabos elétricos provenientes do sensor.
Figura 2.26 – Estrutura mecânica do sistema de paragem do guincho: (A) perfil Vertical; (B) perfil horizontal; (C) um dos perfis paralelos; (D) peça maquinada de suporte do recetor; (E)
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Para que o sistema funcionasse foi necessário projetar um sistema elétrico que fosse capaz de alimentar o sensor bem como cortar a corrente do motor do guincho quando o impactor estiver a altura desejada para o ensaio. O Anexo B apresenta o desenho do sistema elétrico.
O sistema criado é um sensor de posição ótico, que contém um emissor módulo laser verde e um recetor que é um fototransistor BPW77-NB. A alimentação do sensor é feita através de um simples carregador de telemóvel que faz a conversão de corrente alternada de 230 V para corrente continua de 5 V e intensidade de 450 mA. No entanto o laser tem uma tensão máxima de alimentação de 3,3 V pelo que foi necessário adicionar um limitador de tensão LM 3940 e dois condensadores indicados na ficha técnica deste componente (Anexo B).
Neste esquema, o fototransistor é o recetor do sensor e como próprio nome indica é um transístor que é atuado quando incide sobre a sua “cabeça” um feixe luminoso e desta forma deixa passar corrente. Este componente funciona a uma tensão de 5 V e debita uma corrente máxima 100 mA.
Dado que se pretende ativar um relé que fará o corte da alimentação do guincho – alimentado a 220 V, 2,2 A (Tabela 2.1) -, estes 100 mA não são suficientes. De facto, o relé selecionado – referência T7C55D da empresa TE conectivity ® - requer um mínimo de 100 mA para atuar os seus contactos (Tabela 2.7). Torna-se assim necessário amplificar a intensidade proveniente do fototransístor pois esta é muito próxima do mínimo necessário para atuar o relé, tendo-se recorrido ao transístor NPN, referência BC547.
Em funcionamento enquanto o fototransistor recebe o feixe laser o relé atua o contacto e deste modo o motor do guincho funciona normalmente; quando o feixe laser é interrompido o relé impede que a corrente chegue ao motor e o guincho para de elevar o impactor.
Para verificar se o sistema elétrico estava bem projetado, inicialmente utilizou-se uma placa de ensaios para montar o circuito (Figura 2.27).
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Figura 2.27 – Placa de ensaios com o sistema elétrico montado.
Posteriormente, os componentes elétricos foram soldados a estanho numa placa de circuito impresso que por sua vez, é aparafusada à caixa de alojamento do circuito (Figura 2.28).
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Na Tabela 2.7 encontram-se as principais características de alguns componentes utilizados no sistema elétrico projetado. As fichas técnicas de todos os componentes utilizados encontram- se no Anexo B.
Tabela 2.7 – Características principais de alguns componentes elétricos.
Carregador de telemóvel
Tensão de saída (V) 5
Intensidade de corrente à saída (mA) 450
LM3940 (Limitador de tensão)
Tensão de entrada (V) 5
Tensão de saída (V) 3,3
Módulo laser verde
Tensão de alimentação máxima (V) 3,3
BPW77NB (Fototransístor)
Tensão de alimentação (V) 5
Intensidade de corrente máxima à saída (mA) 100
BC547 (Transístor NPN)
Tensão máxima entre coletor e emissor (V) 45
Tensão máxima entre coletor e base (V) 50
Corrente máxima no emissor (mA) 460
T7CS5D (Relé)
Tensão de alimentação da bobina (Vdc) 3-48
Tensão máxima no contacto (Vac) 240
Corrente máxima no contacto (A) 10
Corrente mínima de alimentação da bobina (mA)
100
Para que o feixe laser seja interrompido foi fixa uma chapa de aço quinada a 90º, com um furo de 11 mm numa das extremidades, ao cilindro de fixação presente no impactor (Figura 2.29). Quando o impactor é elevado esta chapa interrompe o feixe laser.
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Figura 2.29 – Chapa quinada apertada no cilindro de fixação.
No final do projeto do sistema de paragem automática do guincho estar completo, foram feitos dez testes para verificar a repetibilidade deste quanto à posição de paragem.
Os testes consistiram em descer o impactor e posteriormente subir até a posição de paragem automática registando-se nesse momento a distância entre um ponto fixo e um elemento do impactor (cilindro de fixação). A distância foi registada com a ajuda de um paquímetro com capacidade para medir até 300 ± 0,05 mm. Os resultados obtidos encontram-se no Gráfico 2.1.
Gráfico 2.1 – Repetibilidade do sistema de paragem do guincho automático.
Os resultados obtidos apresentam um erro máximo de ± 1,3 mm em relação à média, bem como um desvio padrão inferior ao milímetro (Tabela 2.8) valores que se consideram aceitáveis
216,5 217 217,5 218 218,5 219 219,5 220 220,5 221 221,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D is tâ nc ia (m m ) Número da medição
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para o projeto em curso, especialmente comparados com o sistema manual até aí existente. De facto, o erro na velocidade, após a queda do impactor em 800 mm, é 0,08 %.
Tabela 2.8 – Média e desvio padrão do sistema de paragem automática do guincho.
Média de distâncias 219,29 mm
Desvio padrão 0,92 mm